全預應力混凝土梁動力性能研究及有效預應力識別.pdf

1、預應力混凝土結構是依靠張拉力筋來建立具有內應力的混凝土結構。預應力筋的有效或失效直接關系到預應力混凝土結構的安全性、適用性與耐久性。工程實踐表明，由于力筋的嚴重損壞而引起的預應力混凝土構件破壞是不可挽回的。因此，正確地評估預應力損失至關重要。除非在預應力構件施工時就安裝有效的智能監(jiān)測儀器和設備，否則，結構中力筋的實際預應力是很難用常規(guī)的檢測方法和手段進行量測的。
　　 本文擬采用振動測試的方法和神經網絡識別的方法研究預應力混凝土

2、梁的現(xiàn)存預應力。首先在收集以往試驗數(shù)據(jù)的基礎上補充新的試驗；對試驗數(shù)據(jù)進行理論分析，找出決定預應力混凝土梁頻率與預應力變化間的內在聯(lián)系；修正預應力混凝土梁的動力模型，編寫修正后的參數(shù)化APDL和UIDL有限元程序；用已有的試驗數(shù)據(jù)對有限元計算程序進行驗證，用驗證過的有限元程序生成更多的仿真梁數(shù)據(jù)，以彌補試驗數(shù)據(jù)的不足以及在室內無法實現(xiàn)的大型預應力混凝土梁的試驗；用試驗數(shù)據(jù)和仿真梁數(shù)據(jù)作為神經網絡的輸入，構建預測預應力混凝土梁現(xiàn)存預應力的

3、神經網絡，并且用預留的數(shù)據(jù)組進行仿真，檢測神經網絡的泛化能力。為此，本文進行了以下工作：
　　 1、進行了8根預應力混凝土梁的動力性能試驗，通過總結以往的試驗數(shù)據(jù)和分析本次的試驗結果發(fā)現(xiàn)，不管何種強度等級的混凝土、不論預應力筋的布置位置如何，預應力混凝土梁的自振頻率都隨預應力的增大而升高。但是當梁的長細比和預應力筋的偏心距不相同時，自振頻率升高的幅度不盡相同。
　　 2、采用單次加載的測試程序對混凝土的變形模量進行了測試

4、。測試結果表明，在施加的壓力較小的情況下（壓應力小于混凝土抗壓強度設計值的50%），單次加載的混凝土變形模量隨壓應力的增加而呈上升趨勢。
　　 3、為了分析預應力混凝土梁自振頻率隨預應力的增加而上升的原因，首先采用了正交異性材料動力模型，結果表明將預應力混凝土梁當作正交異性材料時，其頻率隨著預應力的增加有增加的趨勢，但是這種分析方法需要解高階聯(lián)立方程，計算繁瑣，結果亦不十分精確。
　　 4、用有限元理論對預應力混凝土梁進

5、行分析，并用能量法推導出特征值和特征向量的動力方程，分析方程中涉及到的各項，發(fā)現(xiàn)在方程中不直接出現(xiàn)預應力項，而隨壓力變化的彈性模量出現(xiàn)在了剛度矩陣和阻尼矩陣中，這可以印證混凝土變形模量隨壓力的增大而增加，從而引起了預應力梁自振頻率升高的試驗結果。
　　 5、將預應力混凝土梁看作兩端承受壓力的梁式結構，同時將預應力鋼絞線受拉后具有的剛度加入到了混凝土的剛度中共同作為預應力混凝土梁的剛度值，將預應力混凝土梁當作分布參數(shù)系統(tǒng)，推導了兩

6、端簡支情況下的自振頻率計算公式，在公式中包含預應力的項最終被約去，也就是說如果把預應力混凝土梁當作普通的線彈性材料看待的話，梁的自振頻率與預應力沒有任何關系，只有考慮到混凝土的變形模量隨壓力不斷變化，才可以解釋預應力梁的頻率變化規(guī)律。
　　 6、利用大型商業(yè)有限元分析軟件Ansys編寫計算預應力混凝土梁靜力和動力性能的參數(shù)化程序，通過輸入相應的參數(shù)定制需要計算的梁模型。根據(jù)前面的研究結果，在計算動力性能時將預應力混凝土梁的彈性模

7、量作為預應力的變量，通過映射分析，找到了決定剛度和頻率變化的組合因素，通過回歸分析得到這種映射的函數(shù)關系。將這種函數(shù)關系用在預應力混凝土梁動力模型中，計算結果表明，采用這種修正后的Ansys模型計算的自振頻率與試驗結果吻合較好。為了彌補試驗數(shù)據(jù)的不足，采用已經修正好的Ansys模型計算了一批不同截面尺寸、不同長度、不同布筋方式、不同混凝土強度的梁的數(shù)據(jù)，作為神經網絡的輸入。
　　 7、在已知預應力大小的情況下為了預測預應力混凝土